Генетика: от рытья нор до учебы в колледже

В мае были опубликованы результаты генетического анализа более 125 тысяч человек, обнаружившего три полиморфизма (участка в геноме, в котором существуют различные варианты), которые коррелируют с образовательными достижениями [1]. Лица с благоприятными вариантами за свою жизнь проводят в учебных учреждениях в среднем на один месяц дольше и с чуть большей вероятностью заканчивают колледж (ясно, впрочем, что это скоррелированные параметры). Учет каждого из трех генетических факторов объясняет примерно 0,02% вариаций в образовательном уровне; комбинация всех вариантов (включая статистически незначимые) объясняет 2% разнообразия. Казалось бы, это не выглядит впечатляюще — но не надо недооценивать сложности исследуемого признака, да и невозможность произвести прямые эксперименты на объекте исследования.

pinterest.com

Лошади тоже не очень удобный объект для экспериментов, но зато хороший для генетических исследований благодаря тщательным записям родословных и существованию чистых пород. В прошлом году группа шведских, исландских и американских исследователей установила ген, определяющий иноходцев [2]. Работа началась с исследования полногеномных ассоциаций у 70 исландских лошадей, 40 из которых были способны скакать иноходью. Был обнаружен единственный полиморфизм, сильно ассоциированный с этой способностью. Секвенирование (определение последовательности) области генома вокруг этого полиморфизма у 352 лошадей показало, что все иноходцы гомозиготны по нонсенс-мутации гена DMRT3 — у них этот ген вообще не работает, с него не читается полноценный белок. У неиноходцев такая ситуация наблюдалась в 31% случаев. На самом деле среди иноходцев было единственное исключение. Но, как сказано в статье, тщательное изучение дневников соревнований показало, что эта лошадь, скорее всего, была ошибочно отнесена к иноходцам. То же, что среди лошадей с мутацией много неиноходцев, неудивительно: это просто отражает особенности тренировки.

Частота мутации в различных породах сильно варьируется: у пород, которые отбирались на способность удерживать заданный аллюр, не сбиваясь на большой скорости на галоп, эта мутация часта, а у пород, отобранных на выездку или на скорость, она не встречается. Еще одно генетическое исследование было проведено на шведских скакунах (Swedish Standardbred): эта порода была выведена смешением американских скакунов (American Standardbred, в этой породе мутация зафиксировалась) и французских рысаков (French Trotter, в основном имеющих обычный вариант). Тем самым, мутация у шведской породы имеет промежуточную частоту, что дало возможность исследовать ее распределение в зависимости от спортивных результатов лошадей. Оказалось, что скакуны, гомозиготные по мутации, выиграли в среднем в 3 раза больше призовых денег, чем гетерозиготы.

wikimedia.org

Но изучать молекулярно-генетические механизмы на лошадях неудобно, и дальнейшее исследование было проведено на обычных лабораторных мышах, которых помещали на стандартную установку для изучения движений. Оказалось, что мутантные мыши испытывают сложности с бегом на больших скоростях, у них увеличена длина шага, а у новорожденных мышат повышена относительная частота некоординированных движений конечностей. Эксперименты на молекулярном уровне показали, что клетки, в которых работает этот ген, — это ингибирующие интернейроны спинного мозга, непосредственно связанные с моторными нейронами и осуществляющие координацию движений левых и правых конечностей.

Продолжим разговор о мышах, точнее об американских оленьих мышах Peromyscus, отдаленно родственных обычным мышам из рода Mus. Peromyscus — самый многочисленный род млекопитающих. Два недавно разошедшихся вида, P. polionotus и P. maniculatus, роют норы разной планировки: P. maniculatus, как и другие представители рода, роет простые неглубокие норы, а P. polionotus роет длинный туннель, который заканчивается гнездовым пространством, из которого в свою очередь ведет отдельный туннель. Он завершается тупиком у самой поверхности и используется для бегства при нападении хищника, например змеи: достаточно дорыть небольшую стенку, и можно убежать.

wikimedia.org

Поскольку P. polionotus и P. maniculatus — близкородственные виды, они легко скрещиваются, с образованием плодовитого потомства. Это было использовано группой американских исследователей, чтобы определить генетический базис способности к сооружению сложных нор [3]. Оказалось, что средняя длина входного туннеля примерно пропорциональна доле генов P. polionotus в гибридах первого и второго поколений, а частота строительства дополнительного туннеля — около 100% у гибридов первого поколения и 50% - у потомков гибридов, скрещенных с P. maniculatus (т.е. у «внуков» P. polionotus). При этом длина входного туннеля и наличие запасного практически не коррелировали, что указало — они определяются разными генами. Были найдены четыре независимых полиморфизма, в совокупности определяющих более половины генетической компоненты вариаций длины входного туннеля. Наличие запасного туннеля оказалось сцеплено с единственным полиморфизмом, но, похоже, он находится далеко от истинного локуса: использованная авторами панель полиморфных маркеров была недостаточно подробной для тонкого картирования.

Все эти работы роднит общность идеологии и подхода: для исследования генетических основ сложного поведения, специфичного для нетрадиционных объектов исследования, остроумно используется специфика объекта (возможность гибридизации, способность к иноходи) и косвенные характеристики (годы в колледже, записи соревнований и т. п.). При этом, если удается точно определить ген, отвечающий за данное поведение, открывается возможность для экспериментальной работы уже на стандартных моделях.

И последнее «мелкое» наблюдение. У статьи про полевок было 3 автора, про лошадей — 22, а про людей — 180 авторов (в том числе один консорциум) из 129 учреждений, причем для четырех последних авторов специально указано, что они внесли равный вклад.

  1. C.A.Rietveald et al. GWAS of 126,559 individuals identifies genetic variants associated with educational attainment. Science, online publication 30.05.2013.
  2. L.S.Andersson et al. Mutations in DMRT3 affect locomotion in horses and spinal circuit function in mice. Nature (2012) 488: 642−646.
  3. J.N.Weber et al. Discrete genetic modules are responsible for complex burrow evolution in Peromyscus mice. Nature (2013) 493: 402−406.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: